Sådan forbedrer du udbyttet af chiplet- og WLCSP-samling ved hjælp af præcisionstape og spolekomponentbånd

Industristandarder som EIA-481 og International Electrotechnical Commission (IEC) 60286-3 kræver en maksimal tilladt krumning på 1 millimeter (mm) over en 250 mm sektion af båndet. De stiller også krav til lommestørrelser og overordnede dimensionstolerancer. Standarderne dikterer ikke specifikke materialer til komponentbåndsystemer. Til små og robuste passive komponenter som chip-kondensatorer og modstande kan en papirbærer være et godt valg. Det er billigt og kan fungere godt til komponenter ned til ca. 0,9 mm tykkelse.

Til tyndere komponenter, der kræver en mere stiv lomme, som mange overflademonterede (SMD) halvlederenheder, kan polyester-, polystyren- eller polykarbonatbånd være et godt valg. Polyester kan krympe relativt meget, hvilket gør lommerne mindre stabile, når de opbevares gennem længere perioder. Polystyrenbånd kan have relativt høje grader af krumning, men stadig holde sig inden for specifikationerne af EIA-481 og IEC 60286-3. Til de mindste komponenter, som chiplets, WLCSP'er og BGA'er, er bånd fremstillet af konstrueret polykarbonat ofte det bedste valg. Polykarbonat er stærkt og kan beskytte sarte komponenter mod stød. Desuden holder den lave krympning lommerne stabile over længere perioder. Det er med til at understøtte den nøjagtige båndfremføring og lommeposition, som er nødvendig for pick-and-place-maskiner.

Krympende komponenter

Den konstante formindskelse af halvlederenheder øger behovet for strammere dimensionstolerancer for komponentbåndet. Standarderne for komponentbånd giver mulighed for lommemål, der kan afvige op til 100 mikrometer (μm). Det er okay til passive komponenter i chip-stil og større SMD-halvlederenheder. Mindre komponenter kræver tolerancer på ca. 50 μm for at forhindre overdreven rotation eller hældning af enheden i lommen. De nyeste pakker, som WLCSP, kan kræve lommer, der er 44 % fladere i forhold til større enheder (figur 1). De har også tolerancer på 30 μm, som kun kan leveres konsekvent ved hjælp af højpræcisions polycarbonat-komponentbånd.

Figur 1: Brugen af mindre komponenter som WLCSP har resulteret i en 44 % reduktion i lommehøjden på komponentbåndene. (Billedkilde: 3M)

Chiplet-udfordringen

Brugen af chiplets er en måde, hvorpå producenterne imødekommer behovet for mindre løsninger. Chiplets gør det muligt for enhedsdesignere at vælge fra et katalog af chips, der leverer specifikke funktioner, som kan pakkes sammen for at understøtte funktionalitet på højere systemniveau. Almindelige chiplet-emballageteknologier omfatter 2,5-dimensionelle (2,5D) og 3D-strukturer. I 2,5D-emballage, der også kaldes interposer-teknologi, monteres flere enheder side om side på en enkelt base. Interposeren sørger for tilslutningsmuligheder. I en 3D-struktur er chipsene stablet for at opnå et endnu mindre fodaftryk.

Chiplets er nyttige, men kræver særlig håndtering. De skal også beskyttes mod skader forårsaget af ESD. Deres lille størrelse gør dem meget modtagelige for fejljustering og kantafskalning i lommen, hvis bæretapen ikke er meget stabil med stramme tolerancer. Derudover finder fremstillingen sted i et renrum i klasse 10.000, og derfor kræver de egnede komponentbånd med specielt udviklede egenskaber.

Egenskaber for polycarbonat

Komponentbånd af konstrueret polykarbonat har flere egenskaber, der gør det særligt velegnet til brug med chips, chiplet, WLCSP og BGA-enheder. Det har en nominel overflademodstand på mellem 10⁴ ohm pr. kvadrat (Ω/kvadrat) og 10⁸ Ω/kvadrat. Det gør det muligt at aflede ladningsophobning på grund af triboelektriske effekter og dermed beskytte ESD-følsomme enheder. Polykarbonat er også meget stabilt med et typisk svind på <0,1 % efter 24 timer ved +85 °C, sammenlignet med <0,5 % for polystyren under de samme forhold.

For eksempel er 3M's 3000BD polykarbonat præcisionskomponentbånd fremstillet ved hjælp af en innovativ proces, der producerer meget præcise og nøjagtige lommer. Sammenlignet med de varmeformede lommer i konventionelle komponentbånd har 3000BD-bånd stejlere sidevægsvinkler, der reducerer muligheden for, at chip-enhederne bevæger sig op ad væggen. De har også stramme tolerancer med hensyn til lommens længde og bredde for at forhindre komponentrotation, og de har en ekstremt flad bund, der understøtter forbedret ydeevne med pick-and-place-udstyr (figur 2). Derudover beskytter de snævre lommetolerancer mod afskalning af kanten af chips, som kan være et stort problem ved forsendelse af chiplets og chips.

Figur 2: Lommer i komponentbånd af polykarbonat (venstre) har stejlere sider og fladere bund sammenlignet med alternative bånd (højre). (Billedkilde: 3M)

Komponentbånd 3000BD af polykarbonat er meget alsidig og fås i formater, der er velegnede til renrum og ikke-renrumsmiljøer. Da det rengøres og pakkes i et renrum i klasse 10.000, giver det maksimal beskyttelse mod partikelforurening med et partikelantal, der er 60-70 % lavere end for standard komponentbånd, og hver plastrulle er forseglet i en statisk afskærmningspose for beskyttelse. 3000BD-komponentbånd fås også på papruller til anvendelser uden renrum og til mindre følsomme komponenter.

Disse komponentbånd er fremstillet af en genanvendelig kulstoffyldt termoplastisk polymerfilm og understøtter høje niveauer af bæredygtighed. De indeholder et lavere niveau af ætsende, vandekstraherbare ioniske forureninger sammenlignet med andre komponentbånd og opfylder niveauet på 5 ppm (parts per million), som er nødvendigt for at forbedre lodningsevnen af tin-bly (SnPb), indium-bly (InPb), guld (Au) og kobber (Cu) lodninger (figur 3).

Figur 3: Sammenligning af ioniske kontamineringsniveauer i ppm for tre komponentbåndmaterialer testet i henhold til kravene i MIL-STD-883E, metode 5011. (Billedkilde: 3M)

Præcisionskomponentbånd

To eksempler på 3000BD-serien af præcisionskomponentbånd i polykarbonat fra 3M er 3000BD-.12MM og 3000BD-12X8, der måler henholdsvis 220 meter (m) og 87 m i længden. De tilbydes som kontinuerlige, splejsningsfrie bånd med en bredde på 8 mm til 44 mm, med et plant viklingsformat på plastruller i størrelser fra 330 mm (13") til 560 mm (22") til renrumsapplikationer. Et planetarisk viklingsformat er tilgængeligt som en specialbestilling. Afhængigt af variabler som lommedybde, afstand og viklingsformat kan disse spoler typisk rumme mellem 30 og 2.000 m komponentbånd (figur 4).

Figur 4: Præcisionskomponentbånd af polykarbonat fås i ruller på op til 2.000 m. (Billedkilde: 3M)

Valg af afdækningstape

At vælge et højtydende, præcisionskomponentbånd er kun halvdelen af svaret. Designere har også brug for en afdækningstape, der kan beskytte komponenter og give en glat interface med pick-and-place-udstyr. To almindelige valg af afdækningstape er varmeaktiveret klæbemiddel (HAA) og trykfølsomt klæbemiddel (PSA).

HAA-tape fastgøres ved hjælp af en opvarmet forseglingssko, der trykker på tapens kanter og derved forsegler komponenterne og efterlader dem fri for klæberester. Med HAA skal varme, tryk og forseglingshastighed kontrolleres nøjagtigt. Klæbemidlet på HAA-tape kan også påvirkes af temperatur, luftfugtighed og opbevaringstid. Som følge heraf kan den nødvendige åbningskraft for HAA-tape være relativt inkonsekvent. Den varierende åbningskraft kan resultere i, at enhederne hopper ud af bærelommerne (kaldet trampolinering), hvilket forsinker samleprocessen.

Til mindre komponenter som chiplets og WLCSP'er kan PSA-tape være det bedste valg. PSA-tape har en jævnere og mere ensartet åbningskraft, hvilket minimerer trampolinering og fremskynder monteringsprocessen. Derudover er de mindre følsomme over for varme- og temperaturforhold og er mindre tilbøjelige til at variere over tid. En ulempe ved nogle PSA-tape er, at de kan efterlade rester, som kan ophobe sig på monteringsmaskiner.

PSA-tape forsegler komponenter

Som supplement til 3000BD-serien af præcisionskomponentbånd i polykarbonat kan designere bruge 3M's 2668-serie af PSA-ledende, trykfølsomme polyesterfilm afdækningstape med høj forskydning. For eksempel måler 2668-5,4MMX500M 5,4 mm i bredden og 300 m i længden, mens 2668-13,3MMX500M måler 13,3 mm i bredden og 300 m i længden. Disse afdækningstapes giver en fladere afdækning sammenlignet med HAA-tape og giver en åbningskraft med en variation på ±10 gram sammenlignet med ±20 gram for standard HAA-afdækningstape. De har et ledende blokeringsfilmlag ved siden af komponenten for at give ESD-beskyttelse og minimere klæberester.

Tape 2668 kan bruges til små komponenter som chips, chiplets og WLCSP'er, der kræver ekstra forsigtighed for at forhindre trampolinering under afdækningsprocessen (figur 5). Derfor kan denne tape bruges på højhastighedsafdækningsudstyr for at fremskynde monteringsprocessen. Den fås i standard- og renrumskompatibel emballage. Forskellene mellem de to er:

• Standardtape leveres på en plastkerne, pakket med papirskiver med høj densitet og en centreringskerne i en enkelt polyethylenpose, der er pakket i en papkarton.
• Renrumstape er den samme tape, men leveres i to polyethylenposer. Det gør det muligt at bruge og opbevare afdækningstapen i et renrumsmiljø i den inderste pose, som ikke har været i direkte kontakt med papkartonen.

Figur 5: Her ses PSA-afdækningstape (øverst til venstre), der fjernes fra et 3000BD ledende polykarbonat-polykarbonatskomponentbånd med BGA-enheder som størrelsesreference. (Billedkilde: 3M)

Konklusion

Præcisions polykarbonat komponentbåndsystemer kan bruges sammen med PSA-afdækningstapes til at forbedre udbyttet ved brug af chips, chiplets, bumped chips, chip-scale emballage, WLCSP og BGA-enheder. Disse bånd- og spolesystemer giver omfattende beskyttelse af sarte komponenter og har de stramme dimensionstolerancer, der er nødvendige for at understøtte højhastigheds pick-and-place-udstyr.

Anbefalet læsning

1. Tyndfilms præcision-teknologi